Thông tin tài liệu
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Sửa chữa nguồn thiết bị điện tử mô đun chuyên môn của nghề Điện tử dân dụng biên soạn dựa theo chương trình khung đã xây dựng ban hành năm 2017 của trường Cao đẳng nghề Cần Thơ dành cho nghề Điện tử dân dụng hệ Cao đẳng Giáo trình biên soạn làm tài liệu học tập, giảng dạy nên giáo trình đã xây dựng mức độ đơn giản dễ hiểu, học có thí dụ tập tương ứng để áp dụng làm sáng tỏ phần lý thuyết Khi biên soạn, nhóm biên soạn đã dựa kinh nghiệm thực tế giảng dạy, tham khảo đồng nghiệp, tham khảo giáo trình có cập nhật kiến thức có liên quan để phù hợp với nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung biên soạn gắn với nhu cầu thực tế Nội dung giáo trình biên soạn với lượng thời gian đào tạo 120 giờ gồm có: Bài 01 MĐ33-01: Khái niệm chung Bài 02 MĐ33-02: Ổn áp tham số Bài 03 MĐ33-03: Ổn áp kiểu bù Bài 04 MĐ33-04: Ổn áp kiểu xung Giáo trình tài liệu giảng dạy tham khảo tốt cho nghề điện tử, điện công nghiệp Các nghề khác có mạch điện tử điều khiển Mặc dù đã cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh thiếu sót Rất mong nhận đóng góp ý kiến của thầy, cơ, bạn đọc để nhóm biên soạn điều chỉnh hồn thiện Cần Thơ, ngày tháng năm 2018 Tham gia biên soạn Chủ biên: Phạm Thành Phương MỤC LỤC TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN LỜI GIỚI THIỆU BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG Khái niệm nguồn cung cấp thiết bị điện, điện tử: 1.1.Định nghĩa nguồn cung cấp thiết bị điện, điện tử: 1.2.Phân loại nguồn cung cấp: 1.3.Định nghĩa nguồn ổn áp: 1.4.Phân loại loại nguồn ổn áp thiết bị điện, điện tử: Các yêu cầu kỹ thuật nguồn điện : 2.1 Đầu vào 2.2.Đầu 2.3 Chuyển mạch, cảnh báo bảo vệ b) Cảnh báo bảo vệ Cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của nguồn ổn áp: 3.1 Cấu tạo chung của hệ thống ổn áp: 3.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống ổn áp: Ổn áp dùng điốt zener: 10 1.1 Đặc tính của điơt zener thông số kỹ thuật: 10 1.2 Mạch ổn áp dùng điốt zener: 11 1.3 Thiết kế mạch ổn áp dùng điốt zener: 12 Ổn áp kết hợp dùng điôt zener transsitor: 13 2.1 Nhược điểm của mạch ổn áp dùng zener: 13 2.2 Phương pháp mở rộng dòng ổn áp dùng trassitor: 13 2.3 Cách thiết kế mạch ổn áp kết hợp điôt zener trassitor: 14 2.4 Mạch ổn áp tham số dùng IC họ 78XX: 14 Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp tham số: 16 3.1 Thiết kế: 16 3.2 Kiểm tra, sửa chữa: 19 Sơ đồ khối nguyên lý hoạt động của nguồn ổn áp kiểu bù: 21 1.1 Sơ đồ khối: 21 1.2 Nguyên lý hoạt động: 21 Các dạng mạch dùng ổn áp kiểu bù: 23 2.1 Dạng mạch bản: 23 2.2 Dạng mạch đặc biệt: 24 2.3 Mở rộng tầm làm việc với nguồn ổn áp kiểu bù: 24 3 Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp kiểu bù 31 Sơ đồ khối nguyên lý mạch ổn áp kiểu xung: 32 1.1 Khái niệm: 32 1.2 Nguyên lý hoạt động: 32 1.3.Các nguyên lý ổn áp nguồn xung: 33 1.4.Các yêu cầu kỹ thuật nguồn xung: 34 Các kiểu ổn áp xung: 36 2.1 Ổn áp xung dùng dao động đa hài: 36 2.2 Ổn áp xung dùng dao động nghẹt: 37 2.3 Thiết kế nguồn xung dao động nghẹt ( Flyback: Phản hồi) 41 2.4 Ổn áp xung dùng IC: 51 Kiểm tra, sửa chữa nguồn xung: 57 3.1 Các hư hỏng thường gặp: 57 3.2 Các phương pháp kiểm tra: 58 3.3 Cách khắc phục: 58 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: SỬA CHỮA NGUỒN TRONG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ Mã mơ đun: MĐ 33 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơ đun bố trí dạy khóa học, song song với mơn chun mơn - Tính chất: Là mơ đun bắt buộc - Ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Mục tiêu mơn học/mơ đun: - Kiến thức: + Trình bày khái niệm nguồn điện, nguồn ổn áp thiết bị điện tử + Trình bày dạng nguồn điện kỹ thuật điện, điện tử + Phân tích cấu tạo nguyên lý hoạt động của loại nguồn thiết bị - Kỹ năng: + Bảo trì, bảo dưỡng loại nguồn thiết bị điện, điện tử + Kiểm tra, sửa chữa laoị nguồn thực tế + Có khả thay thế, chế, độ mạch nguồn thực tế đạt yêu cầu kỹ thuật -Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có sáng kiến, tìm tịi, khám phá q trình học tập cơng việc + Có khả tự định hướng, chọn lựa phương pháp tiếp cận thích nghi với học + Có lực đánh giá kết học tập nghiên cứu của + Tự học tập, tích lũy kiến thức, kinh nghiệm để nâng cao trình độ chun mơn Nội dung môn học/mô đun: Thời gian (giờ) Thực Số Tên mô đun TT Tổng số Lý hành, thí nghiệm, thuyết thảo luận, Kiểm tra tập Bài 1: Khái niệm chung 4 Khái niệm nguồn cung cấp thiết bị điện, điện tử 0.5 0.5 Các yêu kỹ thuật nguồn điện 0.5 0.5 3 Bài 2: Ổn áp tham số 16 12 Ổn áp dùng điốt Zener 4 3 Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp tham số Kiểm tra Bài 3: Ổn áp kiểu bù 21 Sơ đồ khối nguyên lý mạch ổn áp kiều bù 1 Các dạng mạch dùng ổn áp kiểu bù 1 Thiết kế, kiểm tra, sửa chữa nguồn ổn áp kiểu bù 18 Kiểm tra Bài 4: Ổn áp kiểu xung 34 Sơ đồ khối nguyên lý mạch ổn áp kiểu xung 1 Các kiểu ổn áp xung 2 Kiểm tra, sửa chữa nguồn xung 30 Kiểm tra Cộng 75 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung của nguồn ổn áp 2 Ổn áp kết hợp dùng Transsitor điốt Zener 1 17 17 28 28 15 57 03 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG Mã Bài: MĐ 33-01 Giới thiệu: Nguồn điện chiều (DC) đóng vai trị nguồn cung cấp điện để “nuôi” thiết bị dùng điện DC (thông thường mạch điện tử, Rơle chiều, động điện chiều v.v.) Để thiết bị dùng điện DC làm việc tốt tin cậy nguồn cấp điện cho chúng phải ổn định Như vấn đề đặt nguồn DC cần phải ổn áp cấp điện cho thiết bị nói Nguồn điện DC lấy từ bình Ắcquy, từ máy phát điện chiều chỉnh lưu từ nguồn điện xoay chiều (AC) Phương pháp chỉnh lưu dùng phổ biến tiện dụng kinh tế, nhiên điện DC có sau mạch chỉnh lưu thường bị gợn sóng đã khảo sát phần trước Để giảm độ gợn sóng, người ta dùng tụ lọc C gắn song song với tải Tuy độ gợn sóng lớn đến mức gây nhiễu mạch điện tử Một vấn đề khác điện áp DC sau mạch chỉnh lưu bị biến thiên theo biến thiên của điện áp lưới thay đổi dòng tải Vì sau mạch chỉnh lưu trước tải, cần có mạch ổn áp có nhiệm vụ giữ cho điện áp cung cấp cho tải ổn định bất chấp biến thiên của điện áp lưới điện dịng tải Mục tiêu: - Trình bày khái niệm chung nguồn, nguồn ổn áp thiết bị điện, điện tử - Trình bày yêu cầu kỹ thuật cho hệ thống nguồn ổn áp thiết bị điện, điện tử - Trình bày xác cấu tạo nguyên lý chung của nguồn ỏn áp - Rèn luyện tính tư duy, cẩn thận xác Nội dung chính: Khái niệm nguồn cung cấp thiết bị điện, điện tử: 1.1.Định nghĩa nguồn cung cấp thiết bị điện, điện tử: Nguồn điện nơi cung cấp điện: bao gồm dòng điện hay điện áp ổn định cho thiết bị điện, điện tử làm việc Tùy theo nhu cầu của mạch mà người ta sử dụng mạch ổn áp hay ổn dòng ( tùy theo nguồn áp hay nguồn dòng ) Trong thực tế tuyệt đại đa số sử dụng mạch ổn áp chiều DC tài liệu giới thiệu mạch ổn áp chiều DC cho người học Nguồn điện thiết bị điện, điện tử nơi cung cấp điện chiều ổn định cho mạch điện thiết bị làm việc Tùy vào mức độ tiêu thụ lượng điện mà có dạng mạch phân phối phù hợp với nhu cầu 1.2.Phân loại nguồn cung cấp: Trong kỹ thuật có nhiều cách phân loại khác nhau, tùy theo quan điểm, nhu cầu kỹ thuật của đối tượng sử dụng: a Phân loại theo điện áp: - Nguồn xoay chiều AC - Nguồn chiều DC b Phân loại theo nguyên lý: - Nguồn ổn áp - Nguồn ổn dòng 1.3.Định nghĩa nguồn ổn áp: Nguồn ổn áp (voltage regulator) nguồn cho điện áp ổn định dòng tải thay đổi nguồn đầu vào thay đổi đảm bảo cho điện áp cung cấp cho mạch điện, thiết bị không đổi suốt thời gian làm việc 1.4.Phân loại loại nguồn ổn áp thiết bị điện, điện tử: - Ổn áp tham số ( nguồn ổn áp thụ động) - Ổn áp kiểu bù ( nguồn ổn áp tích cực) - Ổn áp kiểu xung ( Nguồn ngắt mở ) Các yêu cầu kỹ thuật nguồn điện : 2.1 Đầu vào Đầu vào phải thiết kế với nguồn xoay chiều pha a) Tần số: 50 Hz ± Hz b) Điện áp vào: Theo thiết kế của nhà sản xuất VAC ± 20% c) Khả chống nhiễu: Thiết bị nguồn phải không gây nhiễu đến thiết bị vơ tuyến khác đặt phịng Mọi nguồn tạp âm phải lọc lọc nhiễu tần số cao lưới che chắn thích hợp cho: - Điện áp nhiễu tần số cao đầu vào, đầu không vượt 1500 μV dải tần số từ 50 kHz đến 15 MHZ - Cường độ điện trường phát xạ dải tần số 50 kHz đến 15 MHz đo điểm cách tủ nguồn m không vượt 20 μV/m, dải tần số 40 đến 70 MHz không vượt 10 μV/m d) Khả chống sét: - Đầu vào phải có mạch chống sét đột biến điện áp Mạch chống sét phải mắc hai nhánh của đầu vào AC (xem hình 1) - Điện áp dư sau chống sét không lớn giá trị điện áp vào lớn (265 V) 2.2.Đầu Bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho thiết bị Thời gian độ đạt điện áp DC danh định kể từ cấp điện cho tủ nguồn từ đến giây Trường hợp thiết bị nguồn có chung chỉnh lưu cấp nguồn cho thiết bị nạp bổ sung phải đảm bảo chế độ cấp nguồn, nạp đệm (Float) chế độ nạp bổ sung (Equalizing) a) Điện áp Điện áp phải ổn định giới hạn cho phép với giá trị của dòng tải nhỏ dòng danh định, điện áp vào biến động ± 20% tần số 50 Hz ± Hz b) Sụt điện áp - Khi dòng tải lớn 100% đến 110 % tải danh định, điện áp cho phép giảm dần xuống 5% VDC c) Điện áp nhiễu độ gợn sóng - Điện áp nhiễu dải tần số 100 Hz đến 20 kHz nhỏ 2,5 mV rms có tải danh định, có ắc quy song song đầu nhỏ mV rms khơng có ắc quy đấu song song đầu - Độ gợn đầu nhỏ 50 mV (đỉnh - đỉnh) d) Dòng điện danh định - Dòng điện danh định tuỳ thuộc vào thiết bị, yêu cầu dòng tiêu thụ của thiết bị nạp phải đảm bảo: + Dịng danh định khơng nhỏ tổng dịng tiêu thụ lớn dòng nạp của ắc quy e) Hiệu suất hệ số Cos φ - Hệ số công suất Cos φ không nhỏ 0,8 trường hợp tải danh định - Hiệu suất không nhỏ 75 % 2.3 Chuyển mạch, cảnh báo bảo vệ a) Chuyển mạch - Khối chuyển mạch phải đảm bảo vận hành không làm gián đoạn cấp nguồn cho thiết bị hoạt động - Chuyển mạch vận hành nhân cơng tự động - Mọi cố khối chuyển mạch không làm ảnh hưởng đến thiết bị cấp nguồn b) Cảnh báo bảo vệ Mọi cố nguồn xoay chiều, điện áp thấp cao, điện áp vào thấp cao, phải đưa tín hiệu cảnh báo âm thanh, đèn thị a) Bộ chỉnh lưu cấp nguồn cho thiết bị - Ngưỡng áp: không vượt ngướng cho phép 10%; - Cảnh báo tải dòng tải vượt 50 % dịng danh định; - Cầu chì bảo vệ đầu hoạt động 120 % dòng danh định - Dòng tối đa hạn chế mức 110 % dòng danh định Cấu tạo, nguyên lý hoạt động chung nguồn ổn áp: 3.1 Cấu tạo chung hệ thống ổn áp: Để thực chức ổn áp mạch ổn áp thực tế kỹ thuật mắc nối tiếp song song với tải sau: - Ổn áp nối tiếp: Là mạch ổn áp mắc nối tiếp với tải từ nguồn vào - Ổn áp song song: Là mạch ổn áp mắc song song với tải từ nguồn vào qua trở hạn dòng 3.2 Nguyên lý hoạt động hệ thống ổn áp: Mạch ổn áp ngõ cuối của hệ thống nguồn để cấp nguồn ổn định cho tải Giữ nhiệm vụ ổn định điện áp cung cấp cho tải dòng tải thay đổi điều kiện làm việc BÀI 2: ỔN ÁP THAM SỐ Mã Bài: MĐ33- 02 Giới thiệu: Trong trình phát triển của kỹ thuật điện tử Việc thiết kế nguồn có khả cung cấp điện áp ổn định nhằm tăng tính ổn định làm việc cho mạch điện điều vô quan trọng định chất lượng tuổi thọ của thiết bị Trong trình Sự đời của ổn áp tham số giọi ổn áp thụ động bước khởi đầu của hệ thống ổn áp Mặc dù có nhiều nhược điểm tính chất nhỏ gọn có dịng cung cấp thấp nên đến ngày mạch ổn áp tham số dùng mạch điện tử thiết bị điện tử đại Mục tiêu: - Trình bày khái niệm ổn áp tham số, cấu tạo, nguyên lý hoạt động - Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch ổn áp tham số - Thiết kế, kiểm tra mạch ổn áp tham số theo yêu cầu thực tế Nội dung chính: Ổn áp dùng điốt zener: 1.1 Đặc tính điơt zener thơng số kỹ thuật: Diode Zener có cấu tạo mối nối P-N chế tạo vật liệu có khả toả nhiệt tốt Khi phân cực thuận, Diode Zener hoạt động giống Diode thường Tuy nhiên Diode Zener chủ yếu dùng chế độ phân cực ngược có khả trì điện áp hai cực của Diode khơng đổi dịng điện ngược qua Diode có giá trị nằm khoảng cho phép Tính chất Diode Zener chế độ phân cực nghịch Khi Diode Zener chế độ phân cực nghịch, điện trường điện áp đầu Diode tạo chiều với điện áp tiếp xúc làm nở rộng vùng nghèo ngăn cản dòng điện qua Diode (Diode không dẫn điện) Tuy nhiên điện áp ngược đạt đến giá trị tới hạn gọi điện áp Zener trình đặc biệt xảy vùng nghèo gọi hiệu ứng Zener làm phá vỡ cấu trúc của vùng nghèo dòng điện ngược qua Diode tăng đột ngột điện áp hai đầu Diode gần không đổi Hiệu ứng Zener xảy sau: điện áp ngược lớn, lực điện trường tăng mạnh làm tăng vận tốc của electron tự đến mức động của chúng đủ lớn để làm bứt electron trạng thái liên kết của nguyên tử trung hoà vùng nghèo e va chạm với ngun tử Khi có e bị bứt đồng thời lỗ trống hình thành xuất thêm cặp hạt dẫn tự Electron vừa giải phóng lại chuyển động theo phương điện trường va đập với nguyên tử khác làm giải phóng cặp e lỗ trống Trong thời gian ngắn, số lượng hạt dẫn tự vùng nghèo tăng lên nhanh chúng chuyển động theo hướng điện trường tạo thành dòng điện ngược qua Diode 10 phóng lượng tích lũy phần làm phát nóng phần tử, phần cịn lại chuyển hết cho tải R tụ C Đối với nguồn xung, có fli bách, lượng phát nóng hai giai đoạn đặc trưng công suất tổn hao, công suất thường chiếm khoảng 20% công suất P2 [2,3] Từ có quan hệ định lượng cơng suất vào P1 công suất PZ dạng: Pz = 0,8P1 (7) Thay P1 theo (5) vào (7) nhận được: Uz2/R = 0,4[(U1-1)tx]2/(2TL1) (8) Biểu thức cho thấy muốn trì điện áp U2 khơng đổi điều khiển phải điều chỉnh thời giam mở tx của tranzistơ tương ứng với thay đổi của điện trở tải Rd điện áp vào U1 Khi U1hoặc R tăng phải giảm t x, ngược lại U1 R giảm phải tăng tx Ngồi quan hệ đề cập để có sở thiết kế cần làm rõ khoảng thời gian thf Đây khoảng thời gian cần thiết đề đảm bảo chắn điều kiện dòng điện sơ cấp bắt đầu tăng từ không đầu giai đoạn gia tăng, dòng điện thứ cấp chắn giảm đến không cuối giai đoạn suy giảm Theo số tài liệu thiết kế flyback thời gian hồi phục thf nên chọn 20% chu kỳ chuyển mạch T, tức là: thf = 0,2T (7a) Đến làm rõ hai chế độ gián đoạn liên tục Gián đoạn chế độ làm việc dịng điện sơ cấp bắt đầu tăng từ khơng, cịn dịng điện thứ cấp khơng thời điểm kết thúc suy giảm Bộ nguồn làm việc với dòng điện sơ cấp bắt đầu tăng từ giá trị khác khơng, khhi vào cuối giai đoạn gia tăng dịng thứ cấp khác khơng Chế độ gọi liên tục Vì dịng điện tải IZ trị trung bình của dịng điện thứ cấp i2 nên: Iz = (I2tsg)/2T (8a) hay I2 = (Iz2T)/tsg (8b) Từ biểu đồ (7) xác xác định thời gian suy giảm hay thời gian phóng tsg = 0,8T - tx (9) Vì biểu thức (9) rút từ yêu cầu của chế độ gián đoạn nên tsg cần hiểu thời gian mà mạch điện dành cho trình suy giảm, thời gian suy giảm thực tế của dòng điện i2 Nếu thời gian thực tế lớn thời gian dành cho có nghĩa dịng điện thứ cấp chưa khơng vào thời điểm kết thúc giai đoạn suy giảm Điều dẫn đến dòng điện sơ cấp bắt đầu tăng từ giá trị khác không, tức nguồn làm việc chế độ liên tục Biểu thức (9) cho thấy thời gian suy giảm dành cho giảm thời giam mở tx tăng Trong thời gian suy giảm thực tế lại tăng tx tăng Thời gian suy giảm thực tế khảng thời gian cần thiết để tồn lượng tích lũy trước phóng hết, t x lượng tích tăng theo thời gian suy giàm cần thiết lớn theo Thời gian suy giảm thực tế xác định sở trình lượng điện cảm Trong giai đoạn mở t x điện áp u1 đặt cuộn sơ cấp biến áp điện áp vào chiều U1 trừ sụt áp mở tranzistơ, coi sụt áp 1V ta có: u1 = U1 - (10a) Trong giai đoạn suy giảm điện áp điện áp thứ cấp U2T quy đổi sơ cấp u1 = U2T w1/w2 (10b) 44 Vì điện áp trung bình cuộn dây biến áp không nên (U1 - 1)tx = U2T( w1/w2)tsg (11) Nếu coi sụt áp thuận điốt 1V điện áp U2T cuộn thứ cấp của biến áp thời gian suy giảm điện áp tải cộng với 1V, đó: U2T = Uz + Để đảm bảo chế độ gián đoạn tsg (11) phải thỏa mãn điều kiện (9) nên (U1 - 1)tx = (Uz + 1)(w1/w2)(0,8T - tx) (12) Cuối nhận tx = 0,8T(Uz + 1)/ [(U1-1)(w1/w2) + (Uz + 1)] (13a) Để trì điện áp không đổi điều khiển tăng thời gian mở điện áp vào điện trở tải giảm Khi điện áp vào nhỏ thời gian mở lớn nhất, thời gian mở lớn (tx.max) xác định theo điện áp vào nhỏ (U1.min) và: txmax = 0,8T(Uz + 1)/ [(U1min-1)(w1/w2) + (Uz + 1)] (13b) Nhiệm vụ của việc thiết kế xác định công suất tỷ số vòng dây của máy biến áp, chọn điốt chỉnh lưu D tranzistơ M theo điện áp dòng điện cực đại Để làm điều cần xác định điện áp lớn đặt máng nguồn tranzistơ Khi khóa bỏ qua điện cảm tản của biến áp điện áp máng nguồn (U DS) của tranzistơ điện áp vào U1 cộng với điện áp cuộn sơ cấp Điện áp tương ứng với điện áp thứ cấp quy đổi sơ cấp theo (10b) Thực tế điện cảm tản khác không gây nên áp ΔU cộng vào với hai điện áp nói Khi đó: UDS = U1 + Uzqd + ΔU (14) Uzqd = (Uz + 1)(w1/w2) Để hạn chế lượng áp dùng mạch điện gồm điện trở R1, tụ điện C1 điốt D1, nhiên hạn chế ΔU mức khơng thể loại trừ được, ΔU phải tính đến Mặc dù có khác cách đặt vấn đề nhìn chung theo số tài liệu xác định ΔU theo biểu thức sau: ΔU = 2,1(Uz + 1)(w1/w2) Khi điện áp thực tế đặt máng nguồn của tranzistơ xác định theo biểu thức: UDS = U1 + 3,1(Uz + 1)(w1/w2) (15) Để tính đến ảnh hưởng của mơi trường, tài liệu khuyên nên chọn tranzistơ có điện áp cực đại UDS.max cao giá trị tính theo (15) lượng khoảng hai chục vơn, đó: UDSmax = U1max + 3,1(Uz + 1)(w1/w2) + 20 (16) 2.3.3 Các bước tính tốn thiết kế Trên sở biểu thức nhận tên đưa bước tính tốn thiết kế sau: 1) Chọn hệ số biến áp theo (16), sở điện áp UZ, điện áp vào lớn điện áp cho phép của tranzistơ 2) Tính thời gian dẫn lớn theo (13), sở điện áp vào nhỏ nhất, hệ số biến áp tính tần số làm việc 3) Tính thời gian suy giảm từ chu kỳ T thời gian mở lớn 45 4)Tính biên độ dịng điện thứ sơ cấp theo (8b) sở dòng tải I Z thời gian suy giảm vừa nhận 5) Tính biên độ dòng sơ cấp theo (6) từ biên độ dòng thứ cấp hệ số biến áp 6) Tính điện cảm cuộn sơ cấp biến áp theo (4) sở biên độ dòng sơ cấp, điện áp vào nhỏ thời gian mở lớn Các kết nhận sáu bước sở để thiết kế máy biến áp, chọn tranzistơ điốt theo dòng điện điện áp cực đại Và từ tính trị hiệu dụng của dịng điện tanzistơ điốt chỉnh lưu Những phân tích không đơn thuần nhằm rút sở tính tốn thiết kế mà cịn đưa cho việc hiệu chỉnh thực tế việc khơng thể dựa biểu thức tốn học khô cứng Việc hiệu chỉnh thực tế bao giờ phải xuất phát từ quan hệ nhân của tượng vật lý, kinh nghiệm triển khai thực tế phịng thí nghiệm của chúng tơi đã chứng tỏ điều Hiện phổ biến phần mềm mô thiết kế nguồn xung, nhiên chúng khơng thay q trình hiệu chỉnh thực tế mà giảm nhẹ cơng việc đó, phân tích trên, lần xin nhắc lại, cần thiết bổ ích Theo ý tưởng chúng tơi đã triển nhiều ứng dụng thực tế, giới thệu biểu đồ mô nhận Pspices thiết kế nguồn với dòng điện áp vào chiều 220V, điện áp dòng điện tương ứng 10A 12V Dòng sơ cấp, dòng thứ cấp điện áp tương ứng minh họa biểu đồ thứ nhất, thứ hai thứ ba TỔNG HỢP CÁC DẠNG NGUỒN XUNG Như đã biết nguồn điện phần quan trọng mạch điện hay hệ thống điện Nguồn điện ảnh hưởng trực tiếp đến hoạt động của mạch hay hệ thống Đối với mạch điện hay hệ thống cần địi hỏi nguồn đầu vào khác từ nguồn đầu vào cố định hay có sẵn Nguồn DC sử dụng rộng rãi sử dụng hầu hết mạch điện hay hệ thống điện Nhưng để sử dụng nguồn DC vào hệ thống của nguồn DC cần phải biến đổi thành nguồn DC khác hay nhiều nguồn DC cung cấp cho hệ thống Ví dụ 46 có nguồn đầu vào 12V mà hệ thống của chạy tới 100V lúc phải biến đổi điện áp từ 12V lên 100V để chạy hệ thống của Hiện nguồn xung hay nói cách khác nguồn biến đổi DC-DC sử dụng phổ biến hầu hết mạch điện hệ thống điện tự động Với ưu điểm khả cho hiệu suất đầu cao, tổn hao thấp, ổn định điện áp đầu đầu vào thay đổi, cho nhiều đầu với đầu vào Nguồn xung có nhiều loại khác chia thành nhóm nguồn : Cách ly khơng cách ly * Nhóm nguồn khơng cách ly : + Boost + Buck + Buck - Boost * Nhóm nguồn cách ly : + flyback + Forward + Push-pull + Half Bridge + Mỗi loại nguồn có ưu nhược điểm khác Nên tùy theo yêu cầu của nguồn mà ta chọn kiểu nguồn xung Sau nguyên tắc hoạt động của nguồn nói nguồn hay dùng thực tế : 1) Nguồn xung kiểu : Buck Đây kiểu biến đổi nguồn cho điện áp đầu nhỏ so với điện áp đầu vào tức Vin> Vout Xét mạch nguyên lý sau : Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản dùng van đóng cắt nguồn điện phần lọc đầu Điện áp đầu điều biến theo độ rộng xung Khi " Switch On" đóng tức nối nguồn vào mạch lúc dịng điện qua cuộn cảm dòng điện cuộn cảm tăng lên, thời điểm tụ điện nạp đồng thời cung cấp dòng điện qua tải Chiều dịng điện chạy theo hình vẽ Khi " Swith Off" mở tức ngắt nguồn khỏi mạch Khi cuộn cảm tích lũy lượng từ trường tụ điện điện tích lũy trước phóng qua tải Cuộn cảm có xu hướng giữ cho dịng điện khơng đổi giảm dần Chiều của dòng điện thời điểm hình vẽ Q trình đóng cắt liên tục tạo tải điện áp trung bình theo luật băm xung PWM Dòng điện qua tải dạng xung tam giác đảm bảo cho dòng liên tục qua tải Tần số đóng cắt cao để đảm bảo triệt nhiễu cơng suất cho mạch Van công suất thường sử dụng van Transitor tốc độ cao, Mosfet hay IGBT 47 Điện áp đầu tính sau : Vout = Vin * (ton/(ton+toff) = Vin* D ( với D độ rộng xung %) Với ton, toff lần lượt thời gian mở thời gian khóa của van Đối với kiểu nguồn Buck cho cơng suất đầu lớn so với công suất đầu vào sử dụng cuộn cảm, tổn hao cơng suất thấp Do nên nguồn buck sử dụng nhiều mạch giảm áp nguồn DC ví dụ từ điện áp 100VDC mà muốn hạ xuống 12VDC dùng nguồn Buck hợp lý Dưới ứng dụng của nguồn Buck việc tạo nguồn 3.3V Mạch dùng LM3485 để tạo xung đóng cắt van.Mạch điều chỉnh đựoc điện áp đầu ra, có phản hổi để ổn định điện áp 2) Nguồn xung kiểu : Boost Kiểu dạng nguồn xung cho điện áp đầu lớn điện áp đầu vào : Vin < Vout Xét mạch nguyên lý sau : Mạch có cấu tạo nguyên lý đơn giản Cũng dùng nguồn đóng cắt, dùng cuộn cảm tụ điện Điện áp đầu phụ thuộc vào điều biến độ rộng xung giá trị cuộn cảm L Khi "Swich On" đóng lại dịng điện cuộn cảm tăng lên nhanh, dòng điện qua cuộn cảm qua van xuống đất Dòng điện khơng qua diode tụ điện phóng điện cung cấp cho tải Ở thời điểm tải cung cấp tụ điện Chiều của dòng điện hình vẽ Khi "Switch Off" mở lúc cuối cuộn dây xuất với điện áp điện áp đầu vào Điện áp đầu vào với điện áp cuộn cảm qua diode cấp cho tải đồng thời nạp cho tụ điện Khi điện áp đầu lớn điện áp đầu vào, dòng qua tải cấp điện áp đầu vào Chiều của dịng điện hình vẽ! Điện áp tải phụ thuộc giá trị của cuộn cảm tích lũy lượng điều biến độ rộng xung (điều khiển thời gian on/off) Tần số đóng cắt van cao hàng Khz để triệt nhiễu cơng suất tăng cơng suất đầu ra.Dịng qua van đóng cắt nhỏ dịng đầu ra.Van cơng suất thường Transior tốc độ cao, Mosfet hay IGBT Diode diode xung, cơng suất Cơng thức tính thông số đầu của nguồn Boost sau : Ipk = x Iout,max x (Vout / Vin,min) Tdon = (L x Ipk) / (Vout - Vin) Điện áp đầu tính sau : 48 Vout = ((Ton / Tdon) + 1) x Vin Với : Ton thời gian mở của Van Ipk dòng điện đỉnh Trong nguồn Boost điện áp đầu lớn so với điện áp đầu vào cơng suất đầu vào phải lớn so vói cơng suất đầu Công suất đầu phụ thuộc vào cuộn cảm L.Hiệu suất của nguồn Boot cao nên dùng nhiều mạch nâng áp truyền trực tiếp nên cơng suất của lớn Ví dụ mạch biến đổi từ nguồn 12VDC lên 310VDC chả hạn Nguồn boost có chế độ: - Chế độ không liên tục: Nếu điện cảm của cuộn cảm q nhỏ, chu kỳ đóng cắt, dòng điện tăng dần nạp lượng cho điện cảm giảm dần, phóng lượng từ điện cảm sang tải Vì điện cảm nhỏ nên lượng điện cảm nhỏ, nên hết chu kỳ, lượng điện cảm giảm đến Tức chu kỳ dòng điện tăng từ đễn max giảm - Chế độ liên tục: Nếu điện cảm lớn, dịng điện chu kỳ điện cảm không thay đổi nhiều mà dao động quanh giá trị trung bình.Chế độ liên tục có hiệu suất chất lượng nguồn tốt nhiều chế độ không liên tục, địi hỏi cuộn cảm có giá trị lớn nhiều lần Một ứng dụng của mạch nguồn Boot Mạch tăng áp 24VDC to 45VDC, Led Blacklight tivi LCD JVC 47" Đây mạch tạo điện áp đầu lớn đầu vào từ 12VDC lên 24VDC Sử dụng IC dao động 3) Nguồn xung kiểu : Flyback Đây kiểu nguồn xung truyền công suất dán tiếp thông qua biến áp Cho điện áp đầu lớn hay nhỏ điện áp đầu vào Từ đầu vào cho nhiều điện áp đầu Sơ đồ nguyên lý sau : 49 Mạch có cấu tạo van đóng cắt biến áp xung Biến áp dùng để truyền công suất từ đầu vào cho đầu Điện áp đầu phụ thuộc vào băm xung PWM tỉ số truyền của lõi Như đã biết có dịng điện biến thiên tạo từ thông tạo sức điện động cảm ứng cuộn dây biến áp Do điện áp chiều nên dịng điện khơng biến thiên theo thời gian ta phải dùng van đóng cắt liên tục để tạo từ thông biến thiên Khi "Switch on " đóng dịng điện cuộn dây sơ cấp tăng dần lên Cực tính của cuộn dây sơ cấp có chiều hình vẽ bên cuộn dây thứ cấp sinh điện áp có cực tính dương hình vẽ Điện áp sơ cấp phụ thuộc tỷ số cuộn dây sơ cấp thứ cấp Lúc diode chặn nên tải cung cấp tụ C Khi "Switch Off" mở Cuộn dây sơ cấp điện đột ngột lúc bên thứ cấp đảo chiều điện áp qua Diode cung cấp cho tải đồng thời nạp điện cho tụ Trong mơ hình của nguồn xung nguồn Flybach sử dụng nhiều tính linh hoạt của nó, cho phép thiết kế nhiều nguồn đầu với nguồn đầu vào kể đảo chiều cực tính Các biến đổi kiểu Flyback sử dụng rộng rãi hệ thống sử dụng nguồn pin acqui, có nguồn điện áp vào để cung cấp cho hệ thống cần nhiều cấp điện áp(+5V,+12V,-12V) với hiệu suất chuyển đổi cao.Đặc điểm quan trọng của biến đổi Flyback pha(cực tính) của biến áp xung biểu diễn dấu chấm cuộn sơ cấp thứ cấp (trên hình vẽ) Cơng thức tính tốn cho nguồn dùng Flyback Vout=Vin x (n2/n1) x (Ton x f) x (1/(1-(Ton x f))) với : n2 = cuộn dây thứ cấp của biến áp n1 = Cuộn dây sơ cấp biến áp Ton = thời gian mở của Q1 chu kì f tần số băm xung (T=1/f = (Ton + Toff)) Nguồn xung kiểu Flyback hoạt động chế độ : Chế độ liên tục (dịng qua thứ cấp ln > 0) chế độ gián đoạn (dịng qua thức cấp ln 0) 4) Nguồn xung kiểu : Push-Pull Đây dạng kiểu nguồn xung truyền công suất gián tiếp thông qua biến áp, cho điện áp đầu nhỏ hay lớn so với điện áp đầu vào từ điện áp đầu vào cho nhiều điện áp đầu Nó gọi nguồn đẩy kéo Xét sơ đồ nguyên lý sau : 50 Đối với nguồn xung loại Push-Pull dùng tới van để đóng cắt biến áp xung van dẫn nửa chu kì Nguyên tắc gần giống với nguồn flyback Khi A mở B đóng cuộn dây Np phía sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía thứ cấp có điện điện áp sinh có cực tính Dịng điện bên thứ cấp qua Diode cấp cho tải Như hình vẽ Khi B mở A đóng cuộn dây Np phía sơ cấp có điện đồng thời cảm ứng sang cuộn dây Ns phía thứ cấp có điện điện áp sinh cực tính Như hình vẽ Với việc đóng cắt liên tục hai van ln ln xuất dịng điện liên tục tải Chính ưu điểm mà nguồn Push Pull cho hiệu suất biến đổi cao dùng nhiều nguồn UPS, Inverter Cơng thức tính cho nguồn Push-Pull Vout = (Vin/2) x (n2/n1) x f x (Ton,A + Ton,B) Với : Vout=Điện áp đầu -V Vin= Điện áp đầu vào - Volts n2=0.5 x cuộn dây thứ cấp Tức cuộn dây thứ cấp quấn sau chia 1/2 Đợn vị tính Vịng n1=Cuộn dây sơ cấp f = Tần số đóng cắt - Hertz Ton,A = thời gian mở Van A - Seconds Ton,B = Thời gian mở Van B - Seconds Một số lưu ý dùng nguồn đẩy kéo: + Trong thời điểm không hai van A B dẫn Mỗi van dẫn nửa chu kì Khi van mở van phải đóng ngược lại + Thời gian mở van phải xác, van cần phải có thời gian chết để đảm bảo cho hai van không dẫn 2.4 Ổn áp xung dùng IC: 2.4.1.Ổn áp dùng họ TOP chân: 2.4.1.1 Hình dạng: 51 TOP họ từ 221 đến 227 có cơng suất tải từ 25 đến 150W, Hình dạng hai dạng hình Đây vi mạch ổn áp xung kiểu Flyback đơn giản, thực tế có số ca hư hỏng nặng người ta dùng họ TOP để thay cho đơn giản mạch điện Với loại dạng Transsitor: - Chân 1: Chân C chân điều khiển - Chân 2: Chân S chân nối mass của vi mạch - Chân 3: Chân D chân nối với nguồn qua cuộn sơ cấp của biến áp Với loại dạng Vi mạch chân: Nhiệm vụ của chân - Chân 1: S: Mass - Chân 2: S: Mass - Chân 3: S: Mass - Chân 4: C: Chân điều khiển - Chân 5: D: Chân nối với nguồn qua cuộn dây sơ cấp - Chân 6: S: Mass - Chân 7: S: Mass - Chân 8: S: Mass Với loại Vi mạch nầy có nhiều chân (6 chân) nối Mass nhằm mục đích tăng dòng tiếp đất, đồng thời tăng khả tản nhiệt cho vi mạch q trình làm việc có tải 2.4.1.2 Sơ đồ mạch điện: 52 2.4.1.3 Nguyên lý: Điện áp 300v DC đưa đến Chân D qua cuộn 1,2 của biến áp T1 gọi đường tiếp tế, cuộng 1,2 gọi cuộn sơ hay cuộn dao động Tại IC mạch tự dao động Xung điện ngõ lấy hai cuộn dây 4, 6,7; 9,10 để tạo nguồn Trong đó: - Cuộn 6,7; 9,10 làm nhiệm vụ chỉnh lưu xung để tạo điện áp DC cung cấp cho tải - Cuộn 4,5 Chỉnh lưu xung để quay trở cung cấp điện áp bên vi mạch trì trạng thái làm việc qua OPTO U2 làm nhiệm vụ ghép tầng điện áp dò sai từ vi mạch ổn áp song song U3 TL431 Sự ổn định điện áp thực nhờ Vi mạch U2 TL431 truyền điện áp điều khiển chân C của TOP để điều chỉnh độ rộng xung điều tiết điện áp ngõ * Mạch có cấu tạo đơn giản, dễ thiết kế sử dụng đồng thời với công suất không nhỏ nên ứng dụng nhiều thiết bị điện tử công suất vừa nhỏ… 2.4.2 Ổn áp dùng TOP chân: 53 TOP250 Giới thiệu IC họ switching TOP250YN Chân D: DRAIN (D) Pin: Chân D mosfet đấu vào đầu của cuộn sơ cấp biến áp Ở thời điểm ban đầu, trích phần điện áp cung cấp cho TOP hoạt động Chân S: SOURCE (S) Pin : Chân S mosfet đấu xuống GND sơ cấp Chân C: Control (C) Pin : Chân điều khiển, nhận phản hồi điều chỉnh phát xung khoảng từ 4.8V đến 5.8V TOP phát xung Chân L: LINE-SENSE (L) Pin: Nối đất Chân F: Chọn tần số Siwtching Nối với GND 132kHZ Nối với Control 66kHZ Chân X : Chân bảo vệ dòng Sơ đồ nguồn TOP 54 Sơ đồ nguồn top250 đầu 12V 2.5A Sơ đồ nguồn TOP 19V 3.6A 55 Sơ đồ nguồn TOP 48V 5.2A Sơ đồ nguồn TOP nhiều cấp điện áp Giải thích sơ đồ nguyên lý – Các khối của nguồn TOP + Khối chỉnh lưu điện áp đầu vào: bao gồm linh kiện lọc xung hài xoay chiều, bảo vệ(cầu chì bảo vệ dịng, tụ cao áp bảo vệ áp, tụ lọc xoay chiều AC, cuộn chặn xoay chiều) Cầu chỉnh lưu điện điện áp chiều tụ lọc điện áp chiều DC 56 + Khối tạo dao động phần sơ cấp của biến áp thành phần IC nguồn TOP IC nguồn TOP đóng vai trị khóa đóng cắt tạo nguồn từ trường biến thiên mạch sơ cấp(tạo điện áp biến thiên) từ tạo điện áp biến thiên tương tự dạng điện áp sơ cấp bên cuộn dây thứ cấp, có chiều ngược với thứ cấp biên độ tỷ lệ với tỷ số vòng dây quấn +Khối chỉnh lưu lọc điện áp đầu bao gồm cuộn thứ cấp của biến áp diot nắn áp lọc RC điện áp đầu thứ cấp biến áp dạng xung qua diot chỉnh lưu đầu lọc phẳng mạch C-L +Khối nguồn tự cấp cho IC TOP mạch phản hồi áp Đảm bảo ổn định điện áp đầu dùng opto PC817, TL431(như diot Zeno điều chỉnh điện ổn áp chân Vfr ) để cảm nhận điện áp đầu phản hồi vào chân C của IC TOP giúp ổn định điện áp Cách quấn biến áp nguồn TOP – Để quấn biến áp nguồn TOP hồn tồn có cơng thức tính, mà thực tế lý thuyết khác xa nhau, nên chủ yếu quấn phương pháp thực nghiệm, đo đạt máy sóng, nhìn vào dạng xung mà thay đổi số vòng , sơ cấp, tự cấp, thứ cấp lý sau: + Thơng số khe từ + Thông số Lõi biến áp Ferit + Thông số kích thước dây đồng Nhiều yếu tố mà ta có tính tốn khơng thể xác phương pháp thực nghiệm Kinh nghiệm – Thường với nguồn 110-220VAC: + Sơ cấp : 40-80 vòng + Thứ cấp : 5-10 vòng Kiểm tra, sửa chữa nguồn xung: 3.1 Các hư hỏng thường gặp: a Chết IC: Đây tượng phổ biến điển hình thực tế nguồn xung Hiện tượng chủ yếu đứt cầu chì, nổ IC Nguyên nhân: Có thể số nguyên nhân sau: - Già yếu - Quá tải - Thủng điot chỉnh lưu xung - Mạch ẩm ướt - Dây, mạch lỏng b Mạch không chay, IC không chết: Hiện tượng chủ yếu cầu chì bảo vệ khơng đứt, nuồn cung cấp tải Nguyên nhân: - Long chân mối hàn - Đứt trở phân cực, hồi tiếp - Mạch ẩm ướt, dẫn điện - Tải bị chạm c Nguồn thấp: Hiện tượng: Nguồn hoạt động điện áp giảm thấp Nguyên nhân: - Các tụ lọc nguồn khô, rỉ - Mạch ẩm, dẫn điện 57 d Nguồn tăng cao: Đối với nguồn xung thường gặm nguy hiểm Hiện tượng: Tải bị nổ, đo thấy nguồn tăng cao Nguyên nhân: - Tụ nguồn cấp cho dị sai khơ rỉ - Mạch dò sai, OPTO hư hỏng 3.2 Các phương pháp kiểm tra: 3.2.1 Kiểm tra nguội: Cách đơn giản dùng phương pháp đo tổng trở hay đo thông lộ mạch đã trình bày phần điện tử lý luận sửa chữa 3.2.2 Kiểm tra nóng: Gắn tải giả để thơng điện kiểm tra, phân tích Cần tránh sửa dụng tải thật kiểm tra sửa chữa 3.3 Cách khắc phục: 3.3.1 Thay Thế: Là thay linh kiện mạch 3.3.2 Thay Tương đương: Là chọn linh kiện có thơng số kỹ thuật gần để thay mạch hư hỏng 3.3.3 Thay nguồn mới: Trong thực tế pohuong pháp chế, độ Đó đặc thù riêng phương pháp sửa chữa… 58
Ngày đăng: 16/12/2023, 16:03
Xem thêm:
